电动机三种典型振动故障的诊断
1 引言
某造纸厂一台电动机先后出现了三种典型的振动故障:
(1) 基础刚性差;
(2) 电气故障;
(3) 滚动轴承损坏。
现将诊断分析及处理过程进行简单的描述和总结:
此电动机安装于临时混凝土基础上，基础由四根混凝土支柱支撑于二楼楼板横梁上，基础较为薄弱。电动机运行时振动较大，基础平台上感觉共振强烈。没有发现其他异常。
电动机结构型式及技术参数如下:
三相绕线型异步电动机
型号:yr710-6 额定功率:2000kw
额定转速:991r/min 工作频率:50hz
额定电压:10kv
极数:6
滚动轴承:联轴节端nu244c3; 6244c3
末端: nu244c3 (fag)
针对本电动机的特点,采用entek data pactm 1500数据采集器＋9000a-lbv加速度传感器; enmoniter odyssey软件进行振动数据的采集和分析:
2 电动机基础刚性弱的诊断过程
2001年8月21日，采用entek data pactm 1500数据采集器对此电动机进行测试。首先，
断开联轴节，进行电动机单试。测量电动机两端轴承座处水平、垂直、轴向三个方向的振动速度有效值(mm/s rms)、振动尖峰能量(gse)幅值及频谱;测量电动机地脚螺栓、基础、基础邻近台板各点及台板下支撑柱上各点的振动位移峰峰值(μm p-p); 测量电动机两侧轴承座
水平、垂直方向的工频(1×n)振动相位角。将电动机断电，采集断电瞬间前后电动机振动频谱瀑布图。
之后，重新找正对中，带负荷运行进行测试，测试内容同上。
测点位置如图1所示;对电动机基础、地脚螺栓及台板各点振动幅值进行测量的数据如图2、图3所示。
图1
图2 振动数据侧视图
图3 俯视振动数据图
图4 电动机m1-h点振动频谱图(2001年08月21日)
电动机振幅径向方向大，轴向方向小。由图4可见。电动机单试时m1-h点振动频谱图可以看出工频成分是振动的主要频率成分，高次谐波成分不明显，可排除存在松动碰磨以及对中问题的可能性;50hz、100hz等市电频率的谐波成分峰值较小，而且，在电动机断电瞬间的前后变化不明显，通频幅值也无明显降低，由此可排除电磁激振力存在的可能性; 初步怀疑不平衡是主要的激振力。
为了能够准确的找出引发电动机异常工频振动的故障原因，有必要参考各测点振动相位。通过表1可以看出，电动机轴承座在水平垂直两方向的振动相位是精确相同的，而不是通常不平衡状态下的相位差90°，这说明电动机的振动是一种定向振动，而不是单纯的不平衡[1]。经检查，电动机各地脚螺栓均未发现松动迹象，基础台板及支撑柱的振幅与电动机几乎相等，说明基础并未吸收电动机的振动，而是同电动机一同作定向振动，这就反映出支撑基础较为
薄弱，刚性不足(据了解，此电动机为临时增加的设备，基础的设计建造并未依据有关的标准进行)，容易在电动机振动激振力的作用下，发生受迫振动，反过来又加剧电动机的振动。
在这种情况下长期运行容易造成电动机及基础的损坏，所以立即停机进行处理。厂方增加了混凝土中间支撑柱，以加强基础的刚性。表2列出了基础加固后电动机各点振动数据，可以看出，经过基础加固后，电动机定向振动的现象消失，振动状况明显改善。
3 电动机电磁故障的诊断过程
此后电动机连续运转三个月后，因内部零件松动脱落而烧损。经电动机制造厂家检修后开车，振动较大。2002年1月6日对电动机作振动分析，进行与前次相同的测试，发现振动随负荷的增加而增加，周围楼板共振明显，中间支撑柱振幅较大。分析采集的振动数据发现:
参考图4(2001年8月21日对电动机测试时采集的m1-h点的振动频谱图)，当时电动机振动工频幅值较高，其他频率幅值较小，无电磁方面的异常。图5为2002年1月6日采集的m1-h点的振动频谱图，此时通频幅值较前次增大，出现二倍频(33.10hz)并且幅值最高，同时出现了较多的高频成分。
图5 电动机m1-h点振动频谱(2002年01月06日)
50hz、100hz等市电频率及其谐波成分峰值较小，而且，在电动机断电瞬间前后的变化不明显，通频幅值也无明显降低，由此可排除市电频率干扰的可能性。
为了判断二倍频产生的原因，利用entek data pactm 1500数据采集器的停车瀑布图采集功能，作出电动机断电过程振动频谱瀑布图(图略)。由此可以明显的看出电动机断电前后振动的变化。在断电瞬间，峰值一直较高的二倍频立即大幅度减小(见图6)，这说明二倍频不是由机械原因产生的，而是由电磁原因产生的，可能的原因有定子绕组不对称、磁极绕组存在匝间断路、气隙不均匀等[2]。二倍频是此电动机振动的主要振动频率，在楼板上主要的振动频率也是二倍频，楼板是受此频率的激励而发生共振(见图7呈现出典型的拍振波形，明显的看出电动机与楼板的共振)，如果消除或减弱了此振动频率成分，就能避免或减轻基础的共振，所以消除二倍频是减小电动机振动的关键。
图6 电动机m1-h点断电过程33.10hz频率峰值趋势图
图7 电动机周围楼板的振动时域波形图
为了能够准确的找出电动机电气故障，有必要对振动频谱进行细化分析。图8为m1-h点振动的真细化频谱图，明显看到工频及二倍频的两侧都有边频出现，经计算，边频为电动机转子偏心产生的频率(pp)对各倍频的调制而出现的，这是电动机转子偏心典型的故障图谱。图
中，pp为电动机转子偏心产生的频率，lf为市电频率50hz，rpm为电动机的工频。图9为50hz左右频谱的放大显示，由此可以判断出此电动机目前还存在明显的转子偏心缺陷。
图8 电动机m1-h点振动真细化频谱图
图9 电动机m1-h点振动频谱局部放大图
4 电动机轴承故障的诊断过程
与此同时，特别针对此电动机的滚动轴承进行测试和分析，应用entek公司特有的振动尖峰能量(gse)频谱技术及分析软件odyssey附带丰富的滚动轴承库数据，发现了电动机轴承的损坏故障。
图10是对m1-h点所作的振动尖峰能量频谱，其中发现了轴承的故障特征频率峰值:保持架故障特征频率ftf、轴承内圈故障特征频率bpir的存在，图11为m2-h点的峰值振动尖峰能
